Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Giftiger Atem hält Spinnen fern

02.01.2014
Tabakschwärmerraupen atmen winzige Mengen von Nikotin aus und halten sich damit räuberische Wolfsspinnen vom Leib

Raupen nutzen unterschiedliche Strategien, um sich vor Feinden zu schützen: Viele Raupenarten tarnen sich oder warnen durch grellen Farben, andere haben Brennhaare oder sondern giftige Substanzen ab. Manche richten sich sogar zu Drohgebärden auf.


Interaktion zwischen der Tabakschwärmerraupe Manduca sexta und der räuberischen Wolfsspinne Camptocosa parallela: Das über das Tracheensystem ausgeatmete giftige Nicotin schreckt die Spinne ab.

Danny Kessler; Grafiken: Pavan Kumar und Sagar Pandit, MPI chem Ökol.


Wolfsspinne Camptocosa parallela attackiert eine Tabakschwärmerraupe im Laborversuch.

Pavan Kumar, MPI chem. Ökol.

Einem bislang völlig unbekannten Schutzmechanismus sind Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena auf die Spur gekommen: Tabakschwärmerraupen leiten einen winzigen Teil des mit der Nahrung aufgenommenen, hochgiftigen Nikotins in ihre in ihre Körperflüssigkeit und von dort aus in das Atmungssystem. So atmen sie das Nikotin wieder aus und schrecken dadurch Feinde ab.

Die Erkenntnisse wurden durch die Verbindung molekularbiologischer Methoden und genauer Beobachtung von Organismen in ihrem natürlichen Lebensraum möglich. (Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 30. Dezember 2013, DOI 10.1073/pnas.1314848111)

Die Bedeutung des Ökosystems für die Erforschung von Genfunktionen

Das Verständnis einzelner Genfunktionen ist ein zentrales Ziel der biologischen Forschung. Schließlich funktionieren Gene auf der Ebene des ganzen Organismus, wo ihr Einfluss auf dessen Darwinian Fitness darüber entscheidet, ob ein Gen im Laufe der Evolution erhalten bleibt, verändert wird oder aus dem Genom verschwindet. Die Methode des Gene Silencing wird erfolgreich in der Forschung angewandt, um die Funktion einzelner Gene zu überprüfen und ihre Bedeutung für das Überleben eines Organismus zu bestimmen.

Um aber neben ihrer biochemischen und physiologischen Funktion, die im Labor gut untersucht werden kann, auch die ökologische Rolle einzelner Gene zu bestimmen, ist es unerlässlich, Organismen in ihrem natürlichen Lebensraum zu untersuchen. Die Wissenschaftler um Ian Baldwin aus der Abteilung Molekulare Ökologie sind Pioniere dieses Forschungsansatzes, den sie „Frag das Ökosystem“ nennen. „Die Natur ist nach wie vor unser wichtigster Lehrmeister“, betont Ian Baldwin. „Hier entscheidet sich, wer überlebt. Nur in der Natur mit allen ihren Unabwägbarkeiten können die Funktionen einzelner Gene überhaupt erkannt werden.“

Für ihre Freilandexperimente verwendeten die Wissenschaftler Tabakpflanzen, die kein Nikotin mehr bilden können. Darüber hinaus legten sie im Darm der Raupen mit Hilfe der sogenannten RNAi-Technik eine Variante des Enzyms Cytochrom P450 still (siehe Pressemeldung vom 2. Februar 2012 „Gelbe Biotechnologie: Insekten-Gene im Hochdurchsatz mithilfe von Futterpflanzen erforschen“). Dieses Enzym wird durch die Aufnahme von Nikotin aktiviert. Nun konnten die Forscher das Schicksal von Raupen, die auf nikotinfreien Pflanzen fressen, mit dem von Tieren vergleichen, die zwar Nikotin mit ihrer Nahrung aufgenommen hatten, die es aber mangels Cytochrom P450 nicht weiterverarbeiten können.

Räuberische Spinne hilft Wissenschaftlern bei der Aufklärung des Abwehrmechanismus

Unerwartete Hilfe bei ihren Analysen bekamen die Wissenschaftler von der Wolfsspinne Camptocosa parallela, die bei vorangegangenen Experimenten im Freiland nicht in Erscheinung getreten war. Erstaunlicherweise interessierte sich der nachtaktive Räuber nicht nur für Raupen, die nikotinfreie Nahrung zu sich genommen hatten, sondern auch für die Raupen, die das Nikotin im Körper nicht weiter verarbeiten konnten. Das Cytochrom P450 musste also ein wichtiger Teil eines Abwehrmechanismus gegen diese Spinne sein.

Weitere Analysen ergaben, dass das Enzym in Tabakschwärmerraupen kleinste Mengen des Nikotins aus der Blattnahrung in eine Transportform umwandeln kann, um es dann über die Körperflüssigkeit in das Atmungssystem zu leiten. Über die Öffnungen des Tracheensystems, die sogenannten Stigmen an den Seiten des Raupenkörpers, gibt die Raupe dann eine Art Anti-Spinnen-Signal ab. Andere Feinde der Raupen, wie z.B. Weichwanzen oder Ameisenlöwen, sind vollkommen unempfindlich gegen dieses Abwehrsignal.

Als Abwehrstoff der Wirtspflanze ist Nikotin für die Raupen so giftig, dass sie ihn nicht in ihrem Gewebe einlagern können. Sie scheiden deshalb das meiste davon wird wieder aus. Dass sie einen winzigen Teil davon für ihre eigene Verteidigung umwandeln, um mit einer Art giftigem Atem räuberische Spinnen fernzuhalten, hat die Wissenschaftler überrascht. „Dieser Fall von schlechtem toxischem Atem zur Abwehr von Feinden ist bislang einzigartig“, fasst Ian Baldwin die Ergebnisse zusammen.Das Beispiel der Wolfsspinne unterstreicht die Bedeutung des Forschungsansatzes, der molekularbiologische Methoden mit Freilandforschung und Beobachtungen im Ökosystem verbindet. Im Labor wären diese Erkenntnisse nicht möglich gewesen, denn als möglicher Fraßfeind der Raupen war die Spinne den Wissenschaftlern bislang völlig unbekannt. [AO]

Originalveröffentlichung:
Kumar, P., Pandit, S. S., Steppuhn, A., Baldwin, I. T. (2014). A natural history driven, plant mediated RNAi based study reveals CYP6B46’s role in a nicotine-mediated anti-predator herbivore defense. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. DOI 10.1073/pnas.1314848111

http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1314848111

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Ian T. Baldwin, Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, E-Mail baldwin [at] ice.mpg.de, Tel.: +49 3641 57 1101

Download von hochaufgelösten Fotos und Filmen auf www.ice.mpg.de/ext/735.html

Angela Overmeyer | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.ice.mpg.de/ext/735.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Klimafolgenforschung in Hannover: Kleine Pflanzen gegen große Wellen
17.08.2018 | Leibniz Universität Hannover

nachricht Forschende entschlüsseln das Alter feiner Baumwurzeln
17.08.2018 | Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Im Focus: Magnetische Antiteilchen eröffnen neue Horizonte für die Informationstechnologie

Computersimulationen zeigen neues Verhalten von Antiskyrmionen bei zunehmenden elektrischen Strömen

Skyrmionen sind magnetische Nanopartikel, die als vielversprechende Kandidaten für neue Technologien zur Datenspeicherung und Informationsverarbeitung gelten....

Im Focus: Unraveling the nature of 'whistlers' from space in the lab

A new study sheds light on how ultralow frequency radio waves and plasmas interact

Scientists at the University of California, Los Angeles present new research on a curious cosmic phenomenon known as "whistlers" -- very low frequency packets...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2018

16.08.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Bionik im Leichtbau

17.08.2018 | Verfahrenstechnologie

Klimafolgenforschung in Hannover: Kleine Pflanzen gegen große Wellen

17.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

HAWK-Ingenieurinnen und -Ingenieure entwickeln die leichteste 9to-LKW-Achse ihrer Art

17.08.2018 | Messenachrichten

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics